Strømfølsomme forstærkere til applikationer med begrænset plads

Ingen ønsker større elektroniske produkter, der er mindre effektive. Producenterne vil have designerne til at finde ud af, hvordan de kan få højtydende komponenter til at passe ind på mindre fodaftryk uden at gå på kompromis med funktionaliteten. Opgaven er med andre ord at finde ud af, hvordan man kan omgå udfordringerne med at levere elektroniske applikationer med begrænset plads og større nøjagtighed. Til det formål er strømfølsomme forstærkere afgørende for effektiv strømstyring, sikker drift og støjfølsom motorstyring.

Strømfølsomme forstærkere bruges i vid udstrækning i applikationer som batteristyring, overstrømsbeskyttelse og fejldetektering. Ved at måle og forstærke spændingsfaldet over en shuntmodstand spiller de en vigtig rolle i kredsløbsbeskyttelsen.

Strømfølsomme forstærkere, der er værdsat for deres lille størrelse og lave pris, er relativt enkle at implementere, men der er udfordringer som begrænsninger i båndbredden, minimering af elektrisk støj og interferens og høj common-mode-spændingsrespons. Så det er vigtigt at vælge den rigtige strømfølsomme forstærker, hvis applikationen skal blive en succes.

At finde den rette løsning starter med at identificere de vigtigste egenskaber ved applikationen:

• Det acceptable strømområde og den maksimale indgangsspænding, der kan tolereres af enheden
• Miljøforhold og tilpasning af pålidelig ydeevne til det ønskede temperaturområde
• Forstærkerspecifikationer, der opfylder designbegrænsninger, herunder pakkestørrelse, båndbredde, hvilestrøm og nøjagtighed
• Om der skal bruges strømføling på høj side eller lav side, baseret på kravene til nøjagtighed, isolation og nem implementering

Analog Devices, Inc. (ADI) leverer et sæt strømfølsomme forstærkere, der er designet til en lang række applikationer, der udfører tovejs strømmålinger i forskellige industri- og automotive applikationer (AEC-Q100-kvalificeret).

AD8410A og AD8411A kan bruges til både AC- og DC-målinger, er bygget til at fungere over et bredt temperaturområde med minimal forstærkningsfejl og har et bredt forsyningsspændingsområde for at imødekomme forskellige systemkrav. Begge bruger en i-pakke trim-kerne, der giver en typisk offset-drift på ±0,26 µV/°C i hele driftstemperaturområdet og common-mode-spændingsområdet, uden behov for hakning og auto-nul clocks, som kan resultere i øget støj og andre negative påvirkninger.

AD8410A (figur 1) har en indledende forstærkning på 20 V/V og en båndbredde på 2,2 MHz.

Figur 1: ADI's AD8410A strømfølsomme forstærker. (Billedkilde: Analog Devices, Inc.)

AD8411A (figur 2) har en indledende forstærkning på 50 V/V og en båndbredde på 2,7 MHz, hvilket giver større fleksibilitet og følsomhed.

Figur 2: ADI's AD8411A strømfølsomme forstærker. (Billedkilde: Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A kan bruges til både strømfølsomme applikationer på høj side og lav side. De er velegnede til strømmåling i fase eller på høj side forskellige applikationer såsom motorstyring, tovejs DC/DC-konvertere, solenoidstyring og overvågning af strømskinner.

De kan også bruges til inline strømmåling i børsteløse DC-motordrev (BLDC) for at måle den strøm, der flyder gennem motorviklingerne, hvilket er afgørende for præcis styring og optimering af ydeevnen.

Højspændingsstrømfølsomme forstærkerne med høj båndbredde er designet til præcisionsstrømmåling, hvilket muliggør præcisionsmomentstyring, brug af mindre motorer og induktorer og smartere motordrevne applikationer. Ved hjælp af en unik arkitektur kan de nøjagtigt forstærke små differentialstrøm-shuntspændinger i nærvær af hurtigt skiftende common-mode-spændinger.

Højere båndbredde giver mulighed for mere præcis strømmåling ved høje skiftefrekvenser på DC-motorer, AI-servere og DC/DC-omformere. Det resulterer i højere nøjagtighed i en analog-til-digital-konverter (ADC), især i applikationer med hurtigere pulsbredemoduleringsfrekvenser (PWM) og høje spændinger.

Mens højere skiftefrekvenser ofte kan resultere i øget elektromagnetisk interferens (EMI), er AD8410A/11A strømfølsomme forstærkere designet med funktioner til at håndtere denne udfordring. De har en høj common-mode afvisningsforhold (CMRR) på 123 dB fra -2 V til +70 V for at hjælpe med at afvise støj og forbedre EMI-ydelsen, hvilket gør dem velegnede til applikationer i støjende elektriske miljøer, hvor EMI kan påvirke deres nøjagtighed. De er mindre tilbøjelige til intermodulationsstøj og minimerer brugen af ekstra filtre.

AD8410A og AD8411A har samme indpakning og funktioner som f.eks. overspændingsbeskyttelse og en enable/disable-funktion. De er designet til at fungere med en enkelt forsyning på 2,9 V til 5,5 V inden for et industrielt temperaturområde på -40 °C til +125 °C og fås i kompakte 8-leders SOIC_N (Standard Small Outline Package] og 8-leders MSOP (Mini Small Outline Package) med en eksponeret overflade for forbedret termisk ydeevne.

Til motorstyringssystemer, der kræver præcis strømmåling og feedback - f.eks. industrielle drev, robotteknologi eller elektriske køretøjer - kan AD8410A/11A håndtere høje common-mode-spændinger fra motorforsyningen og give en lineær udgang, der er proportionalt med strømmen gennem shuntmodstanden. AD8411A kan bruges, når der er brug for en højere forstærkning til mindre shuntmodstande eller lavere strømområder.

Batteristyringssystemer, der overvåger opladnings- og afladningsstrømme i battericeller eller -pakker, kan drage fordel af AD8410A/11A's evne til at måle differentialspændingen over en shuntmodstand i serie med batteriet for at give nøjagtig og hurtig strømregistrering. AD8411A kan bruges, når der er brug for en højere opløsning til lave strømniveauer eller batterier med høj kapacitet.

Til strømforsyningsovervågning og beskyttelseskredsløb, der registrerer overstrøm eller kortslutning, kan AD8410A/11A registrere den strøm, der flyder gennem en belastning eller en kontakt, og give et signal til fejlregistrering eller feedbackkontrol. AD8411A kan bruges, når der er brug for en hurtigere responstid eller en højere følsomhed til applikationen.

ADI's evalueringskort til strømfølsomme forstærkere

Designere kan drage fordel af ADI's evalueringskort, som gør det muligt for designere at evaluere ydeevnen for AD8410- og Ad8411-strømfølsomme forstærkerne i forskellige scenarier.

AD8410AR-EVALZ (SOIC) (figur 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) og AD8411ARM-EVALZ (MSOP) er designet til nem konfiguration af forskellige driftsformer og belastninger.

Figur 3: ADI's AD8410AR-EVALZ evalueringskort. (Billedkilde: Analog Devices, Inc.)

Med disse kort kan designere udforske funktionerne og fordelene ved AD8410- og AD8411-strømfølsommeforstærkerne i en praktisk sammenhæng. En shunt med en maksimal standardstørrelse på 2818 kan loddes på kortene, og driftsmåden kan vælges til ensrettet eller torettet strømmåling.

Konklusion

ADI's AD8410 og AD8411 strømfølsomme forstærkere er alsidige og højtydende enheder, der kan bruges til en lang række applikationer, der kræver nøjagtig og pålidelig strømmåling. Disse forstærkere understøtter strømmålingsapplikationer på høj side og lav side og kan hjælpe med at forbedre effektiviteten, sikkerheden og pålideligheden af elektroniske produkter, der kræver præcis og robust strømovervågning, lav offset-spænding, lav drift, høj båndbredde og højt common-mode-afvisningsforhold.